基于静电纺丝和亚表面引发聚合技术构筑多功能聚合物纳米纤维膜

发布时间：2021-02-21 13:47

　　本论文首先综述了静电纺丝技术和特殊润湿性多孔膜在油水分离领域的研究进展。表面接枝聚合物刷是一种常见的化学改性方法。可以实现纤维膜表面性能的调控,然而表面接枝聚合物刷存在厚度薄,与基底的力学参数匹配性差等特点,因此,本文结合静电纺丝和亚表面引发聚合构筑嵌入型聚合物刷功能化的多功能纳米纤维膜,用于油水分离、催化、抗菌等方面,主要研究内容和结果如下:1.首先通过自由基共聚和制备了含有ATRP引发剂分子的聚丙烯腈（PAN）纺丝液,然后通过静电纺丝法制备了纳米纤维膜,最后通过亚表面引发原子转移自由基聚合技术（SSI-ATRP）在膜的表面及亚表面层接枝两性聚2[-（甲基丙烯酰基氧基）乙基]二甲基（3-磺酸丙基）氢氧化铵（PSBMA）聚合物刷,系统研究了该嵌入型PSBMA聚合物刷功能化纤维膜的表面润湿性和油水分离性能。结果表明,与传统聚合物刷相比,嵌入型聚合物刷功能化的纳米纤维膜表现出更加高效和稳定的油水分离性能。这主要归因于嵌入型聚合物刷功能化的纳米纤维膜具有较强的水合能力,能形成厚的水化层和表面纳米凸起结构,这也赋予其优异的水下超疏油、油滴超低粘附和自清洁性。对于油水分离,需要更稳定的水化层来阻... 

【文章来源】：西北师范大学甘肃省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

静电纺丝装置示意图

?允遣牧媳砻娴闹匾?匦灾?唬??昀矗?厥馊笫?栽谟退?掷胫械难?究引起了广泛关注。通过合理的表面结构和组成设计，可以设计和制备出具有超疏水性、超亲水性、超疏油性和超亲油性的特殊润湿性材料。同时可通过结合不同的两种性质得到功能化的油水分离膜。如果一种材料对油和水表现出不同的润湿特性，如超疏水/超亲油和超亲水/超疏油，可能有助于实现油/水混合物的选择性分离。基于这一思想，大量具有特殊润湿性的材料被开发出来，并成功地应用于油水分离领域。根据不同的分离膜的类型，特殊润湿性膜[50]表面可分为如图1.2所示以下三种:除油型，即超疏水/超亲油表面；除水型，即超亲水性/超疏油性表面；超亲水/水下超疏油材料；智能可控的分离材料。图1.2油水分离特殊润湿性材料。主要内容包括三部分:“除油型”特殊润湿性材料、“除水型”特殊润湿性材料、智能可控特殊润湿性材料。Figure1.2Specialwettablematerialsforoil/waterseparation.Thesummarizedtopicsincludethreeparts：“oil-removing”typesofspecialwettablematerials,“water-removing”typesofspecialwettablematerials,andsmartcontrollableseparationmaterials.

第一章绪论51.4.1除油型特殊润湿性材料除油型可湿性材料由于其独特的超疏水和超亲油特性，可以选择性的将油从油水混合物中过滤出来，这种特殊的可湿性材料以其优异的选择性、高效率和独特的吸油性能引起了广泛的关注。纪大伟[51]等人报道了一种超疏水PSF/FEP混合基质膜，实现了油包水乳液的有效分离。该混合基质膜表面具有微纳米级结构，水接触角(CA)和水滑动角(SA)分别为153.3°和6.1°，既表现出超疏水性。其对水-煤油和水-柴油乳状液的分离效率分别为99.79%和99.47%，通量和分离效率在10次循环后略有变化。如图1.3所示，为油包水乳液分离过程示意图，从图可以看出超疏水表面在进行油水分离时油会渗透膜而水则留在了膜上。图1.3（a）连续油包水乳液分离实验室设备的图像；（b）乳液分离过程示意图。Figure1.3(a)Theimageoflaboratorydeviceforcontinuouswater-in-oilemulsionsseparation.(b)Theschematicdiagramofemulsionseparationprocess.江雷课题组[52]在制备具有超润湿性的聚合物过滤膜方面取得了突破，成功地采用改进的相转变工艺制备了超疏水/超亲油的PVDF膜。如图所示1.4所示，水的接触角为158°而油的接触角接近于0°。通过实验表明该膜能有效分离微米级和纳米级无表面活性剂和表面活性剂稳定的油包水乳液，分离效率高(分离后滤液油纯度在99.95wt%以上，部分纯度高达99.999%)。最重要的是，该膜具有较高的分离通量，比外压驱动的商用过滤膜高出数倍，且报道的材料易于回收利用。

【参考文献】：
期刊论文
[1]亚表面引发原子转移自由基聚合制备牢固的嵌入式聚合物刷[J]. 马正峰,刘强,吴杨,李斌,于波,刘钦泽,周峰.  中国科学:化学. 2018(12)
[2]中国水污染趋势与治理制度[J]. 张晓.  中国软科学. 2014(10)
[3]PNIPAAm改性表面对蛋白质吸附的调控及其应用[J]. 于谦,陈红.  化学进展. 2014(08)



本文编号：3044437